شبیه‌سازی عددی الگوی فرسایش و رسوب‌گذاری در کانال‌های پیچان‌رودی با بستر متحرک

Abstract

فرسایش و رسوب‌گذاری در قوس رودخانه­ها باعث ایجاد مشکلاتی در سازه­های رودخانه­ای می­شود. ازاین‌رو، الگوی جریان و انتقال رسوبات در کانال­های روباز پیچان‌رودی نگاه مهندسین رودخانه را به خود جلب کرده است. ازآنجایی‌که میدان جریان در خم رودخانه­ها به‌صورت سه‌بعدی است، لذا در چند دهه اخیر پیش­بینی تغییرات تراز بستر و تغییر مکان سواحل به‌کمک برنامه­های کامپیوتری بیش‌ازپیش موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه با استفاده از نرم‌افزار SSIIM به مدل‌سازی تغییرات توپوگرافی بستر کانال‌های پیچان‌رودی با مولد سینوسی و بستر متحرک پرداخته‌ شده است و تغییرات تراز بستر در آن تحت شرایط مختلف موردمطالعه قرار گرفته است. جهت حل میدان جریان از مدل ­آشفتگی ، جهت برآورد بار رسوبات از روش فاین­راین و برای محاسبه فشار از روش SIMPLE استفاده‌ شده است. پس از صحت­سنجی و واسنجی مدل، الگوی تنش برشی در حالت بستر صلب، با الگوی فرسایش و رسوب‌گذاری در حالت بستر متحرک مقایسه شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد مدل به‌خوبی توانسته تغییرات تراز بستر را پیش‌بینی نماید. درنهایت با تغییر در پارامترهای مؤثر بر فیزیک مسئله مانند انتخاب گام زمانی، شبکه‌بندی میدان، الگوی انفصال ترم جابه‌جایی معادلات حاکم، عدد فرود، نسبت عرض به عمق، زاویه پیچان‌رودی و منحنی دانه‌بندی تأثیر این عوامل بر نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش عدد فرود و نسبت عرض به عمق، چاله فرسایشی و پشته رسوبی ایجادشده در کانال به‌تدریج به سمت پایین‌دست کانال مهاجرت می‌کند. این در حالی است که با افزایش زاویه پیچان‌رودی پشته رسوبی و چاله فرسایشی به سمت بالادست کانال انتقال می‌یابد.

Keywords

• بستر متحرک
• رسوب‌گذاری
• شبیه‌سازی عددی
• فرسایش